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摘要:金属材料的缝隙腐蚀是指焊接中缝隙大小、介质滞流状态及腐蚀特性等因素。但最为主要的是焊接表面缺陷给金属材料发生缝隙腐蚀提供必要场所。所以，焊接的缺陷对于金属材料的腐蚀是非常重要的。
关键词：焊接；金属材料；腐蚀
引言
金属材料缝隙腐蚀一般是指焊接过程中缝隙的大小、介质的滞流状态以及腐蚀的特性等各方面的因素。但是最为主要的是由于焊接表面的缺陷给金属材料发生缝隙腐蚀提供的必要场所。因此，焊接的缺陷对于金属材料的腐蚀是非常重要的。
1.概述
焊接结构在服役过程中会受到腐蚀作用，发生严重的应力腐蚀破坏，成为钢结构应力腐蚀开裂、失效的高发区。焊接结构的应力腐蚀失效问题也成为国内外学者研究的焦点。在以往研究中，各国学者主要通过模型试验对焊接结构的应力腐蚀行为进行研究，但由于钢材种类、焊接工艺以及腐蚀环境的不同都会对焊接结构的应力腐蚀行为产生影响，通过模型试验取得的数据存在一定的特异性，对焊接结构应力腐蚀行为机理的归纳和总结造成了困难。因此，研究人员在焊接结构应力腐蚀行为机理方面取得的理论成果远低于通过模型试验取得的研究成果，理论成果的不足在一定程度上影响了研究人员对试验结果的准确分析。
2.焊接对于金属材料造成的腐蚀
金属材料一般发生缝隙腐蚀是由焊接过程中缝隙的大小、介质的滞流状态以及腐蚀的特性等等各方面的因素导致的,但是最为主要的还是由于焊接表面的缺陷给金属材料发生缝隙腐蚀提供了必要的场所。因此,焊接的缺陷对于金属材料的腐蚀是非常重要的。
第一,在焊接的过程中造成的表面缺陷,比如裂纹、没有焊透、没有熔合、气孔、咬边、焊瘤、焊接变形等等,都会让金属和母材之间导致缝隙的形成。在焊接的时候喷溅也会导致金属粒与母材之间相互接触的位置形成缝隙。如果在电解质溶液氯化钠水溶液里,这些形成的缝隙处就会导致缝隙腐蚀的发生。
第二,在进行碳钢的焊接过程里,会有很多的非金属夹杂物产生,比如氧化物、硫化物以及氮化物。这些非金属夹杂物会在很大程度上提升热裂纹与脆性的倾向,这样一来就会降低焊缝的耐腐蚀性以及塑性。特别是硫化物一般都是由于焊剂带入,绝大多数都是以MnS的形式存在,而MnS属于是活性夹杂物。因此,在进行不锈钢材料的焊接的时候,会由于加热、冷却的过程中给热影响区带来结构以及成分的变化,就会导致这类的材料晶界间的腐蚀倾向变大。
第三,通过从腐蚀的角度来看,焊缝区由于是一对接触电池。不一样的金属材料在一起接触,又放在腐蚀介质里,有一部分电极电位低的材料为阳极,就会发生腐蚀溶解。因此,焊接接头处由于成分的不均性就会导致选择性腐蚀的发生。第四,焊接过程中焊接所产生的残余应力是导致材料应力腐蚀的关键原因。通常钢板在进行焊接之后,剩余应力的最大值会和母材的屈服极限值接近。应力腐蚀破裂裂纹一般都是和拉伸的最大应力想垂直。所以直接导致裂纹的应力就是最大主应力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果和主应力相垂直的最小主应力越大,裂纹发生的时间就会更早。如果焊接几何形状的偏差导致应力集中,也会提升应力腐蚀的倾向。
3.防腐蚀措施
以管线钢接头焊接为例，分析防腐措施
3.1接头热处理
由于接头区域的化学成分、组织性能、晶粒尺寸和残余应力等与母材不同，通常导致接头比母材更易于腐蚀，通过对焊接接头进行后期的热处理工艺来改善接头组织性能，消除成分偏析和残余应力，从而提高管线钢接头力学性能和耐腐蚀性能。但热处理改善管线钢接头耐腐蚀性通常是有限的，还需要结合其他方法共同加以防护。
3.2防护涂层与阴极保护
目前管线钢的防腐主要是通过表层涂覆防护层+阴极保护相结合的形式进行防护，主要应用在土壤环境中长输管线。表面涂层是通过对管线钢表面涂覆特定的防护涂层来物理隔绝腐蚀介质，起到被动保护的作用。管线钢的防护涂层目前有许多不同种类，涂层在管线钢装配使用过程中会脱落，而且剥离涂层下的管线钢腐蚀较为严重，这引起国内外学者们的重视，已成为一个重点研究方向。阴极保护是通过对管线钢直接或间接施加电流，使其处于较负电位下，从而防止管线钢腐蚀的一种方法。该方法主要用于大型金属构件或土壤电阻率较高的金属结构防护，如：长输埋地管道，大型罐群等。对于管线钢的一般性腐蚀广泛采用阴极保护与有机涂层联合使用的防护方法，该方法对低强度级别的管线钢来说，既可以控制一般性腐蚀，又可以降低其SCC敏感性；而对于高强度级别的钢种，阴极极化(或传统意义的阴极保护)则不能有效控制材质的SCC性能。
3.3缓蚀剂
缓蚀剂作为抑制管线钢腐蚀的化学药品是腐蚀防护的重要手段，通过在管道表面沉淀、吸附形成保护膜，可以有效抑制管道的微生物腐蚀和垢下腐蚀等。目前，缓蚀剂的种类繁多，防腐机理也大有不同。由于其成本低，效果显著，所以在石油天然气行业大量应用，同时应该致力于新型、低毒、高效的缓蚀剂的开发和生产。
3.4表面改性
表面改性是提高防腐性能的研究热点，包括激光熔覆、渗层和喷丸处理等，通过以上手段在管线钢表层引入外界元素，或者改变表层组织和细化晶粒，并且将表面拉应力转变为压应力，对提高管线钢的抗SCC性能起到很好的效果，同时其他表面改性工艺对腐蚀性能影响和应用正在研究中。由于该方法只是表面处理，不需要对管线钢内部进行处理，所以易于自动化生产，但它不能从根本上解决腐蚀问题。吴永忠等发现原始状态的X70管线钢焊缝存在残余拉应力，易于与Cl-发生应力腐蚀开裂，而激光冲击处理在焊缝引入残余压应力，同时细化表层晶粒，表层产生强化层，从而提高管线钢焊缝抗盐雾腐蚀性能。
3.5改善腐蚀环境
腐蚀环境的差异对管线钢的腐蚀影响较大，因此通过改善腐蚀环境的温湿度、pH值和介质流速等变量，即可有效延缓管线钢的腐蚀进度。伍远辉等研究发现湿度对X70管线钢腐蚀的影响显着，并且土壤含水量在15%~20%时，腐蚀速率最大，当湿度相同时，盐含量高的土壤腐蚀较快。
4.减小焊接对于金属材料腐蚀的对策
在整个焊接过程中，对于金属材料腐蚀的影响是很复杂的，也是不可避免的，只能尽量减少焊接对于金属材料腐蚀的影响。因此除了要控制好焊接过程中焊接的缺陷以及残余应力外，还要根据腐蚀的环境进行合理的选材以及使用最好的焊接工艺。对于碳钢的焊接要采用和母材类型一样的焊接填充金属;对于不锈钢，要充分地考虑在焊接的过程中如何去消除因为碳化铬析出而导致的晶界间腐蚀。
结束语
很多的压力容器和化工设备都必须要进行焊接加工,焊接的焊缝和热影响区的腐蚀性能好不好,会直接影响到生产以及人员的生命安全。所以要把焊接过程中可能对金属材料产生腐蚀影响的各种因素充分的考虑进去,而这对生产安全具有十分重要的意义。
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论文作者:孙全德,张仙芝
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/1
标签：应力论文; 管线论文; 金属材料论文; 缝隙论文; 防护论文; 就会论文; 表面论文; 《防护工程》2018年第2期论文;